一种用于高效连续生产Fe‑6.5%Si薄带的熔盐渗硅炉的制作方法

本发明属于高硅钢生产技术领域，具体涉及一种用于高效连续生产fe-6.5％si薄带的熔盐渗硅炉。

背景技术：

硅钢薄带是一类性能非常优异的软磁合金，是电子、电力、通讯以及国防军事工业中不可缺少的中药软磁材料，因此一直以来被作为高频铁芯的理想材料而倍受关注。高硅钢一般是指含4.5％-6.7％(质量分数)si的si-fe合金，而通常的高硅钢是指含6.5％(质量分数)si的si-fe合金，fe-6.5％si硅钢能承受超大离心力的作用，可用于制作超高速电机的转子，fe-6.5％si硅钢还具有良好的温度稳定性，能用于温度变化明显、对稳定性要求较高的工作环境，fe-6.5％si硅钢的软磁性能也极其优异。

研究表明，如果把si加入纯铁中，那么合金的饱和磁化强度和居里温度都会大幅度降低，对纯铁性能不利，但是可以使合金的磁导率和电阻率有较大提高，并且可以降低合金的损耗、磁晶的各向异性和磁致伸缩。当si含量接近6.5％时，fe-6.5％si合金的λ111和λ100同时接近于零，即磁致伸缩减小到零、磁导率最大、铁损最小，是制作低噪音、低铁损变压器和电抗器的理想铁芯材料。随着社会需求的不断提高，高si含量的fe-si合金的应用地位不断上升，但是，fe-si合金随si含量的提高，硬度增加，延展性下降，fe-6.5％si合金的机械加工性能变差，因而常规轧制法不能将其加工成薄板或条带，这严重制约着该合金的应用。

目前，fe-6.5％si合金的主要制备方法包括沉积—扩散法、快速凝固法、特殊轧制法、喷射成型法、粉末冶金法等，各种方法都有其各自的优缺点，其中仅有化学气相沉积法(cvd)在日本nkk实现了工业化生产，其他的方法还处于实验室研究阶段。

cvd法的基本理念是：先在加工性能良好的低硅状态下轧制，然后向硅钢板中添加硅以提高硅含量。以传统工艺制造的硅钢带(硅含量2％～3％)为原材料，通过连续cvd炉(保护气体为n2或惰性气体)，并向炉内通入sicl4气体，在一定温度下发生反应于硅钢表面生成一层fe3si物质，之后再将炉温提高至1100℃，促进硅向硅钢带内部扩散，最终可制备出fe-6.5％si合金带。

尽管cvd工艺已取得了成功，但仍存在以下几个问题：(1)沉积温度高，能耗大，设备腐蚀严重导致寿命缩短；(2)cvd工艺凭借sicl4腐蚀铁表面，可形成fe3si沉积层，合金表面存在坑洼的缺陷，需要结合温轧工艺才可使合金表面平整，这给生产带来不便；(3)cvd产生的fecl2废气，既污染环境，又造成铁的流失。

技术实现要素：

针对上述背景，本发明提供一种用于高效连续生产fe-6.5％si薄带的熔盐渗硅炉，以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供一种用于高效连续生产fe-6.5％si薄带的熔盐渗硅炉，包括炉盖和炉体，所述炉盖与炉体采用法兰连接，并用耐火胶垫进行密封，其特征在于，所述炉盖为中空结构，所述炉盖顶端设有熔盐加入口、熔盐排出口、保护气体进口、保护气体出口、观察孔和测温孔，所述炉盖内设有循环水冷系统，所述炉盖的底板上靠近炉体的一面还嵌衬有保温材料；所述炉体包括炉壳、炉缸和炉衬，所述炉衬设在炉壳与炉缸之间，所述炉壳为倒梯台敞口结构，所述炉壳沿硅钢带运动方向上的两个侧壁顶端均设有水平滑台；

所述炉缸具有与炉壳相匹配的形状和大小，所述炉缸内壁上设有多个石墨坛，所述石墨坛沿硅钢带运动方向对称分布，每个所述石墨坛上设有轴瓦和轴套，每两个对称的石墨坛上通过所述轴瓦和轴套设有炉辊，所述炉缸底部铺设有石墨板，所述炉缸的材质为石墨材料；所述炉衬具有与炉壳相匹配的形状和大小，所述炉衬通过保温砖铺砌而成，所述炉衬包括依次层叠设置的耐火层、中间层和隔热层，所述耐火层上嵌设有电加热设备。

优选地，所述炉盖包括第一炉盖、第二炉盖和第三炉盖，所述第一炉盖、第二炉盖和第三炉盖之间均采用法兰连接，并通过耐火胶垫密封连接，所述第一炉盖和第三炉盖分别位于第二炉盖的两侧，所述第一炉盖和第三炉盖可拆卸，所述第二炉盖用螺栓固定在炉壳上，这样的结构方便进行安装维修；所述熔盐加入口、熔盐排出口、保护气体进口、保护气体出口、观察孔以及测温孔分布在第一炉盖、第二炉盖以及第三炉盖上，所述循环水冷系统分别设在第一炉盖、第二炉盖以及第三炉盖内。

更优选地，所述熔盐加入口设有两个，两个所述熔盐加入口分别设在第一炉盖和第三炉盖上，两个所述熔盐加入口靠近第二炉盖设置，这样设计可以确保加入熔盐时，对阴极和阳极不会产生影响，所述熔盐排出口设在第二炉盖上，通过熔盐排出口可以在是实验结束后将熔盐排出，防止熔盐对炉缸进行腐蚀，所述保护气体进口设在第一炉盖上，所述保护气体出口设在第三炉盖上，所述保护气体进口和保护气体出口远离第二炉盖设置，所述第一炉盖和第三炉盖上各设有一个测温孔，所述第二炉盖上设有两个测温孔，所述第二炉盖上还设有观察孔，通过观察孔可以及时地大范围地观测到实验的进展情况。

更优选地，所述熔盐加入口、熔盐排出口和观察孔采用耐火胶塞密封，可以确保炉子开孔处具有良好的密封性，所述耐火胶塞为倒圆台结构。

优选地，所述循环水冷系统包括冷却水进口、冷却水出口以及冷却水挡板，所述冷却水进口和冷却水出口位于炉盖的端面上，所述冷却水挡板交错分布在第一炉盖、第二炉盖和第三炉盖内，所述冷却水挡板的设置方向与冷却水水流方向一致，通过循环水冷系统可以降低炉盖温度，防止烫伤。

优选地，所述耐火层采用高铝纤维砖，其具有良好的机械强度和热稳定性，导热系数小等特点，使用时，可采用切磨加工，保证外观尺寸准确；中间层采用轻质高铝砖，轻质高铝砖具有质轻、耐高温、易加工等特点；隔热层选用硅藻土保温砖，这种材料既可以提高温度，缩短加热时间，又能降低电能消耗，从而起到保温节能的作用，所述耐火层的厚度为113mm，保温层的厚度为60mm，隔热层的厚度为230mm。

优选地，所述电加热设备包括多个螺旋线型的电加热元件，所述多个电加热元件均匀分布，使炉内各处熔盐受热均匀，所述电热元件材料为铁铬铝合金cr13al4。

优选地，所述炉壳通过在框架上覆盖钢板而形成，所述框架和钢板密封焊接，所述炉壳的倒梯台结构的侧面与底面的夹角为130°-150°，所述炉壳的四个侧壁上分别设有测温孔，所述测温孔的底端延伸到炉缸的外壁上，这样选取的测温点覆盖面广，对炉子温度精准度的把握也比较精确。

优选地，所述炉盖采用2mm厚的钢板制成，所述炉盖的长宽高分别是4620mm、1592mm、190mm；所述炉壳侧壁钢板的厚度为3mm，底部钢板的厚度为6mm，所述炉壳底部的长宽高分别是2212mm、1512mm、1559mm，顶部的长宽分别是3620mm、1592mm；所述炉缸底部的长宽高分别是1400mm、700mm、1150mm，顶部的长宽分别是3600mm、700mm，所述炉缸的厚度为100mm,所述炉缸底部铺设的石墨板的厚度为20mm。

优选地，所述炉辊的外径为40mm，总长为440mm，有效长度为340mm，每两个所述炉辊的中心间距为200mm，所述炉辊的材质为耐火水泥。

本发明的熔盐渗硅炉，与现有技术相比，具有以下优点：1、本发明可实现fe-6.5％si薄带连续化生产，操作方便，无污染气体排出，节省设备空间占用率，并且制备fe-6.5％si薄带表面平整，成分分布均匀；2、采用炉盖与炉体分离式设计，方便安装与维修；3、炉缸内设有石墨坛，石墨坛上固定有轴瓦轴套，一方面可以通过与辊子配套的轴瓦轴套来减少炉辊的磨损，延长炉辊的使用寿命，另一方面，可以通过炉辊支撑硅钢带沿设计路线运动；4、炉缸的底部铺设有厚度为20mm的石墨板，石墨板做阳极防止石墨炉缸被腐蚀。

附图说明

图1为本发明实施例用于高效连续生产fe-6.5％si薄带的熔盐渗硅炉的结构示意图；

图2为第一炉盖的主视剖视图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；

图5为第二炉盖的俯视图；

图6为第三炉盖的主视剖视图；

图7为图6的俯视图；

图8为炉壳的主视图；

图9为图8的俯视图；

图10为图8的左视图；

图11为炉缸的主视剖视图；

图12为图11的俯视图；

图13为图11的左视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1-13所示，一种用于高效连续生产fe-6.5％si薄带的熔盐渗硅炉，包括炉盖1和炉体，所述炉盖1与炉体之间采用法兰连接，并通过耐火胶垫进行密封；

所述炉盖1是采用2mm厚的钢板制成的中空结构，所述炉盖1的长宽高分别是4620mm、1592mm、190mm，所述炉盖1上设有熔盐加入口104、熔盐排出口102、保护气体进口103、保护气体出口101、观察孔105和测温孔106，所述炉盖1的底板上靠近炉体的一面还嵌衬有保温材料，所述保温材料的厚度为50mm，所述炉盖1包括第一炉盖11、第二炉盖12和第三炉盖13，所述第一炉盖11、第二炉盖12和第三炉盖13之间均采用法兰连接，并通过耐火胶垫密封，所述第一炉盖11和第三炉盖13分别位于第二炉盖12的两侧，所述第一炉盖11和第三炉盖13的长为1000mm，第二炉盖12的长为2620mm，所述第一炉盖11和第三炉盖13可拆卸，所述第二炉盖12用螺栓固定在炉壳201上，这样的结构方便进行安装维修，所述熔盐加入口104分别设在第一炉盖11和第三炉盖13上，两个所述熔盐加入口104分别靠近第二炉盖12设置，所述熔盐排出口102设在第二炉盖12上，所述保护气体进口103设在第一炉盖11上，所述保护气体出口101设在第三炉盖13上，所述保护气体进口103、保护气体出口101远离第二炉盖12设置，所述第一炉盖11和第三炉盖13上各设有一个测温孔106，所述第二炉盖上设有两个测温孔106，所述第二炉盖12上还设有观察孔105，通过观察孔105可以及时大范围地观测到实验的进展情况，通过熔盐排出口102可以在实验结束后将熔盐排出，防止熔盐对炉缸202进行腐蚀，所述熔盐加入口104、熔盐排出口102和观察孔105均采用耐火胶塞密封，可以确保炉子开孔处具有良好的密封性，所述耐火胶塞为倒圆台结构；所述第一炉盖11、第二炉盖12和第三炉盖13内分别设有循环水冷系统，所述循环水冷系统包括冷却水进口107、冷却水出口108以及冷却水挡板，所述冷却水进口107分别位于第一炉盖11、第二炉盖12和第三炉盖13的后端面上，所述冷却水出口108分别位于分别第一炉盖11、第二炉盖12和第三炉盖13的后端面上，所述冷却水挡板交错分布在第一炉盖11、第二炉盖12和第三炉盖13内，所述冷却水挡板的设置方向与冷却水水流方向一致，通过循环水冷系统可以降低炉盖温度，防止烫伤；所述炉盖。

所述炉体包括炉壳201、炉缸202和炉衬203，所述炉衬203设在炉壳201与炉缸202之间，所述炉壳201为倒梯台敞口结构，所述炉壳201通过在框架上覆盖钢板而形成，所述炉壳201侧壁钢板的厚度为3mm，底部钢板的厚度为6mm，所述框架和钢板密封焊接，所述炉壳201底部的长宽高分别是2212mm、1512mm、1559mm，顶部的长宽分别是3620mm、1592mm，所述炉壳201的倒梯台结构侧面与底面的夹角为135°，如果角度太大，拉大了炉子横向所占距离，如果角度太小，侧面与底面太陡峭，硅钢薄板弯曲太厉害，薄板引入引出受力较大，对材料的综合性能不利；另外，因为电沉积渗硅炉在生产线上处于预热炉和扩散均匀化退火炉中间，所述炉壳201也必须具有与前后两台设备链接密封的功能，因此，在所述炉壳201、炉盖1两端焊接有法兰3，分别和预热炉法兰和扩散均匀化退火炉法兰连接，所述炉壳1表面还涂刷有底漆，防止锈蚀，外表面还涂有一层银灰漆或银粉漆，以减少炉壳表面的辐射热损失；所述炉壳201的四个侧壁上还分别水平开有测温孔206，所述测温孔206远离炉壳201的一端延伸到炉缸202的外壁上，所述炉壳201的底壁上也竖直开有两个测温孔206，所述测温孔向上延伸到炉缸202的底壁上，这样选取的测温点覆盖面广，对炉子温度精准度的把握也比较精确。

所述炉缸202为倒梯台敞口炉缸，所述炉缸202底部的长宽高分别是1400mm、700mm、1150mm，顶部的长宽分别是3600mm、700mm，所述炉缸202的厚度为100mm，所述炉缸202的左右侧壁顶端设有水平溜槽，可以引导硅钢薄带进入电沉积渗硅炉和移出电沉积渗硅炉，所述水平溜槽的长度300mm，深度150mm，水平溜槽的内底面高出熔盐面100mm，所述炉缸202内壁上设有多个石墨坛204，所述石墨坛204沿硅钢带运动方向对称分布，每个所述石墨坛204上均设有轴瓦和轴套，每两个对称的石墨坛204上通过轴瓦和轴套设有炉辊，所述炉辊的外径为40mm，所述炉辊的总长为440mm，有效长度为340mm，每两个炉辊的中心间距为200mm，所述炉辊的材质为耐火水泥，其耐高温、绝缘、耐腐蚀，所述炉缸202的材质为石墨材料，所述炉缸202底部铺设有厚度为20mm的石墨板，石墨板做阳极防止石墨炉缸被腐蚀，此外，在熔融熔盐体系中，以石墨为阳极，硅钢带为阴极，并通入脉冲直流电流，即可进行电沉积渗硅。

所述炉衬203为通过保温砖铺砌而成的倒梯台敞口结构，所述炉衬203的厚度为403mm，所述炉衬203包括耐火层、中间层和隔热层，所述耐火层靠近炉缸202设置，所述耐火层采用高铝纤维砖，其具有良好的机械强度和热稳定性，导热系数小等特点，使用时，可采用切磨加工，保证外观尺寸准确；中间层采用轻质高铝砖，轻质高铝砖具有质轻、耐高温、易加工等特点；隔热层选用硅藻土保温砖，这种材料既可以提高温度，缩短加热时间，又能降低电能消耗，从而起到保温节能的作用，所述耐火层的厚度为113mm，保温层的厚度为60mm，隔热层的厚度为230mm；所述耐火层上水平向后均匀开有多个通孔，每个所述通孔上悬设有电加热设备205，所述电加热设备205包括多个螺旋线型的电加热元件，所述多个电加热元件均匀分布，所述电热元件材料为铁铬铝合金cr13al4。本发明在使用前先通过焊接在炉盖和炉壳两端的法兰分别与生产线上的预热炉和扩散均匀化退火炉连接，从熔盐加入口向炉内注入熔盐，熔盐的深度为800mm，将宽为300mm、厚度为0.3mm的原始硅钢薄带通过炉壳顶端的水平溜槽送入炉内，原始硅钢薄带在炉辊的带动下沿设计路线运动以完成电沉积过程。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明的实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。